ES2823765T3 - Dispositivo y procedimiento para el tratamiento térmico de varios cuerpos de varias capas - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para tratar térmicamente al menos dos cuerpos de varias capas (4.1, 4.2) en al menos dos planos de proceso (3.1, 3.2) dispuestos uno bajo el otro en al menos una cámara de calentamiento (HK1) y al menos una cámara de enfriamiento (KK1), que en lo que se refiere a la dirección de transporte (11) están dispuestas una tras la otra, comprendiendo la cámara de calentamiento (HK1) - un primer plano de proceso (3.1) con una primera caja de proceso (5.1) para al menos un primer cuerpo de varias capas (4.1), que se encuentra entre un primer campo de radiador (2.1) y un segundo campo de radiador (2.2) con radiadores de calentamiento (9) para calentar el primer cuerpo de varias capas (4.1), - un segundo plano de proceso (3.2) con una segunda caja de proceso (5.2) para al menos un segundo cuerpo de varias capas (4.2), que se encuentra entre el segundo campo de radiador (2.2) y un tercer campo de radiador (2.3) con radiadores de calentamiento (9) para calentar el segundo cuerpo de varias capas (4.2), estando configurados el primer campo de radiador (2.1) y el segundo campo de radiador (2.2) de tal modo que el primer plano de proceso (3.1) puede ser irradiado por el primer campo de radiador (2.1) con una intensidad de radiación diferente que por el segundo campo de radiador (2.2) y/o estando configurados el segundo campo de radiador (2.2) y el tercer campo de radiador (2.3) de tal modo que el segundo plano de proceso (3.2) puede ser irradiado por el segundo campo de radiador (2.2) con una intensidad de radiación diferente que por el tercer campo de radiador (2.3), y donde la cámara de enfriamiento (KK1) comprende - un dispositivo de enfriamiento - el primer plano de proceso (3.1) para enfriar el al menos un primer cuerpo de varias capas (4.1) y el segundo plano de proceso (3.2) para enfriar el al menos un segundo cuerpo de varias capas (4.2).
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para el tratamiento térmico de varios cuerpos de varias capas
La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para el tratamiento térmico de cuerpos de varias capas, en particular para templar capas precursoras para la fabricación de capas semiconductoras, las cuales pueden usarse por ejemplo como absorbedores en células solares de capa delgada.
Los sistemas de capas fotovoltaicos para la transformación directa de radiación solar en energía eléctrica son lo suficientemente conocidos. Los materiales y la disposición de las capas están adaptados de tal modo que la radiación incidente es transformada por una o varias capas semiconductoras con rendimiento de radiación lo más alto posible directamente en corriente eléctrica. Los sistemas de capas fotovoltaicos y de extensión en superficie se denominan células solares.
Las células solares comprenden en todos los casos material semiconductor. Las células solares, las cuales para la puesta a disposición de una resistencia mecánica suficiente requieren sustratos de soporte, se denominan como células solares de capa delgada. Debido a las propiedades físicas y a la manejabilidad tecnológica, se adecuan sistemas de capa delgada con silicio amorfo, micromorfo o policristalino, telururo de cadmio (CdTe), arseniuro de galio (GaAs) o sulfuro de cobre-indio-(galio)-seleniuro (Cu(In,Ga) (S,Se)2) particularmente para células solares. El semiconductor pentavalente Cu(In,Ga) (S,Se)2 forma parte del grupo de los semiconductores del tipo calcopirita, que se denominan a menudo como CIS (diseleniuro o disulfuro de cobre e indio) o CIGS (diseleniuro de cobre, indio y galio, disulfuro de cobre, indio y galio o disulfoseleniuro de cobre, indio y galio). S puede representar en la abreviatura CIGS selenio, azufre o una mezcla de ambos calcógenos.
Los sustratos de soporte conocidos para células solares de capa delgada comprenden vidrio inorgánico, polímeros, metales o aleaciones de metales y pueden estar configurados en dependencia del grosor de capa y de las propiedades de material como placas rígidas o láminas flexibles. Debido a los sustratos de soporte ampliamente disponibles y a una conmutación en serie monolítica sencilla, pueden fabricarse disposiciones de gran superficie de células solares de capa delgada de forma económica.
Las células solares de capa delgada muestran no obstante, en comparación con células solares con silicio cristalino o multicristalino, un rendimiento de radiación menor y una eficiencia eléctrica menor. Las células solares de capa delgada basadas en Cu(In,Ga) (S,Se)2 muestran eficiencias eléctricas, las cuales pueden compararse aproximadamente con células solares de silicio multicristalinas. Las células solares de capa delgada CI(G)S requieren una capa amortiguadora entre absorbedores CI(G)S de conducción p típica y electrodo frontal de conducción n típica, que comprende habitualmente óxido de zinc (ZnO). La capa amortiguadora puede dar lugar a una adaptación electrónica entre material absorbedor y electrodo frontal. La capa amortiguadora comprende por ejemplo un compuesto de cadmio-azufre. Un electrodo de retorno con por ejemplo molibdeno se deposita directamente sobre sustratos de soporte.
Una conmutación eléctrica de varias células solares se denomina módulo fotovoltaico o solar. La conmutación de células solares se protege en estructuras conocidas estables a las inclemencias del tiempo de forma permanente contra influencias del entorno. Habitualmente están unidos vidrios de bicarbonato sódico y cal pobres en hierro y películas poliméricas adhesivas con las células solares, dando lugar a un módulo fotovoltaico estable a la exposición a la intemperie. Los módulos fotovoltaicos pueden estar incorporados a través de cajas de conexiones en una conmutación de varios módulos fotovoltaicos. La conmutación de módulos fotovoltaicos está unida a través de electrónica de potencia conocida con la red de suministro pública o una alimentación de energía eléctrica autárquica.
Un posible procedimiento para la fabricación de semiconductores de capa delgada por ejemplo de Cu(In,Ga) (S,Se)2 consiste en un proceso de dos etapas. Este tipo de procedimientos de dos etapas se conocen por ejemplo de J. Palm et al., “CIS module pilot processing applying concurrent rapid selenization and sulfurization of large area thin film precursors”, Thin Solid Films 431-432, páginas 414-522 (2003). A este respecto se aplica en primer lugar un electrodo de retorno de molibdeno sobre un sustrato, por ejemplo un sustrato de vidrio. La capa de molibdeno se estructura por ejemplo con un láser. A continuación se depositan sobre la capa de molibdeno diferentes capas precursoras de cobre, indio y galio, por ejemplo mediante pulverización catódica por magnetrón. Se depositan además de ello una capa de selenio y/o una capa de azufre mediante evaporación térmica sobre la secuencia de capas. El cuerpo de varias capas resultante de este modo con las capas precursoras se trata térmicamente en un segundo proceso. Mediante el tratamiento térmico se produce la formación de cristales propiamente dicha y la transformación de fase de las capas precursoras a la capa semiconductora propiamente dicha.
El tratamiento térmico se produce por ejemplo en instalaciones en línea, en las cuales se producen los diferentes pasos de proceso en diferentes cámaras. Las diferentes cámaras son atravesadas unas tras otras en una línea de proceso. En una estructura simplificada una instalación en línea consiste en una estación de carga, en la cual se carga la instalación con cuerpos de varias capas no tratados. A continuación se hacen entrar los cuerpos de varias capas a través de una cámara de introducción en la instalación en línea. En diferentes cámaras de calentamiento se calientan los cuerpos de varias capas con velocidades de calentamiento de hasta 50 °C/s muy rápidamente y se exponen a un determinado desarrollo de temperatura. El calentamiento se produce por ejemplo a través de
radiadores de calentamiento de funcionamiento eléctrico. El procedimiento para el procesamiento térmico rápido de capas precursoras individuales dando lugar a una composición semiconductora se denomina habitualmente como Rapid Thermal Processing (RTP) (procesamiento térmico rápido). A continuación se enfría el cuerpo de varias capas en cámaras de enfriamiento y/o en un recorrido de enfriamiento y se hace salir de la instalación. Un procedimiento para el procesamiento térmico rápido de semiconductores del tipo calcopirita para el uso como absorbedores en células solares de capa delgada se conoce por ejemplo del documento EP 0662247 B1.
El tratamiento térmico del cuerpo de varias capas es un proceso intensivo en costes y exigente en la fabricación de células solares de capa delgada. El proceso requiere altas temperaturas y un control preciso de la atmósfera de proceso.
Para un mejor control del proceso de tratamiento térmico, el espacio de proceso alrededor del cuerpo de varias capas, puede por ejemplo limitarse mediante una caja de proceso temporal, tal como se conoce del documento DE 10 2008 022 784 A1. Mediante la limitación del espacio de proceso se mantiene la presión parcial de los componentes calcógenos fácilmente volátiles como selenio o azufre durante el tratamiento térmico en su mayor media constante. Además de ello se reduce la exposición de la cámara de proceso con gases corrosivos.
El tratamiento térmico de los cuerpos de varias capas puede producirse alternativamente en funcionamiento por lotes en horno de apilamiento. Un horno de apilamiento de este tipo se conoce del documento WO 01/29902 A2. El horno de apilamiento sirve para el calentamiento simultáneo y el enfriamiento posterior de varios cuerpos de varias capas en una única cámara. Esto aumenta el tiempo de ciclo de la instalación y reduce de este modo la producción de la instalación en comparación con instalaciones en línea, en cuyo caso calentamiento y enfriamiento se realizan en diferentes cámaras. La totalidad del horno de apilamiento con paredes de horno e instalaciones de horno se calienta de modo parasitario y se enfría de nuevo durante el proceso de enfriamiento. En comparación con instalaciones en línea, en cuyo caso cámaras de calentamiento y de enfriamiento con paredes e instalaciones se someten durante el funcionamiento continuo a cambios de temperatura claramente menores, resultan por lo tanto en el caso de hornos de apilamiento, costes energéticos mayores. El funcionamiento por lotes discontinuo de los hornos de apilamiento puede integrarse peor en la totalidad del proceso de fabricación de células solares o módulos solares en una fabricación a gran escala, que se basa habitualmente en un principio en línea.
El documento JP 2005206852 A divulga un sistema de transporte circundante para el tratamiento de sustratos sin cajas de proceso, en cuyo caso están previstas para varias filas de transporte respectivamente cámaras de tratamiento térmico separadas.
El objetivo de la presente invención se encuentra en perfeccionar los dispositivos conocidos en el estado de la técnica para el tratamiento térmico de cuerpos de varias capas de modo ventajoso. Ha de ponerse a disposición en particular un dispositivo económico y que ahorre energía, en cuyo caso la producción de instalación al menos se duplique y los costes de inversión y los costes de funcionamiento aumenten solo ligeramente.
Este y otros objetivos se solucionan mediante un dispositivo para el tratamiento térmico continuo de al menos dos cuerpos de varias capas según las reivindicaciones independientes. De las reivindicaciones dependientes se desprenden realizaciones preferentes.
La expresión cuerpo de varias capas describe en el sentido de la invención al menos un sustrato con varias capas iguales o diferentes aplicadas sobre éste.
El dispositivo de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico continuo de al menos dos cuerpos de varias capas comprende al menos una cámara de calentamiento y al menos una cámara de enfriamiento, las cuales están dispuestas una tras otra. La cámara de calentamiento y la cámara de enfriamiento están separadas preferentemente a través de una compuerta. El dispositivo de acuerdo con la invención presenta un dispositivo de transporte para transportar los cuerpos de varias capas a la cámara de calentamiento, desde la cámara de calentamiento a la cámara de enfriamiento y hacia el exterior de la cámara de enfriamiento. Los cuerpos de varias capas se encuentran en el dispositivo de acuerdo con la invención sobre al menos dos planos de proceso dispuestos uno sobre o bajo el otro. En la cámara de calentamiento se calientan los cuerpos de varias capas mediante absorción de energía de radiación electromagnética, preferentemente mediante absorción de radiación infrarroja, de manera particularmente preferente mediante absorción de radiación electromagnética con un máximo de intensidad en una longitud de onda de 1 pm a 2 pm.
La cámara de calentamiento comprende al menos un primer campo de radiador para calentar un primer cuerpo de varias capas. Por debajo del primer campo de radiador está dispuesto un primer plano de proceso para el alojamiento de una primera caja de proceso para al menos un primer cuerpo de varias capas. Por debajo del primer plano de proceso hay dispuesto un segundo campo de radiador para calentar el al menos un primer cuerpo de varias capas y al menos un segundo cuerpo de varias capas en un segundo plano de proceso. Por debajo del segundo campo de radiador está dispuesto el segundo plano de proceso para el alojamiento de una segunda caja de proceso para al menos el segundo cuerpo de varias capas. Por debajo del segundo plano de proceso hay dispuesto un tercer campo de radiador para calentar el segundo cuerpo de varias capas. De este modo el dispositivo comprende un primer plano de proceso con la primera caja de proceso para al menos un primer cuerpo de varias capas, que se
encuentra entre el primer campo de radiador y el segundo campo de radiador con radiadores de calentamiento para calentar el primer cuerpo de varias capas, y un segundo plano de proceso con la segunda caja de proceso para al menos un segundo cuerpo de varias capas, que se encuentra entre el segundo campo de radiador y el tercer campo de radiador con radiadores de calentamiento para calentar el segundo cuerpo de varias capas.
Mediante las expresiones “primero”, “segundo” y “tercero” se indica la posición relativa de los campos de radiador con respecto a los dos planos de proceso, encontrándose el primer campo de radiador sobre uno de los lados de uno de los planos de proceso y el segundo campo de radiador sobre el otro lado de este plano de proceso. Por otra parte, el segundo campo de radiador se encuentra por uno de los lados del otro plano de proceso y el tercer campo de radiador sobre el otro lado del otro plano de proceso. Se entiende que en el caso de un dispositivo con más de dos planos de proceso hay dispuesto de modo correspondiente junto a los dos planos de proceso exteriores, un primer o tercer campo de radiación, encontrándose respectivamente un segundo campo de radiador entre dos planos de proceso adyacentes.
De acuerdo con la invención los dos campos de radiador del primer plano de proceso y los dos campos de radiador del segundo plano de proceso están configurados para aplicar radiación sobre el primer plano de proceso y/o el segundo plano de proceso respectivamente con una intensidad de radiación diferente. Esto significa que el primer y el segundo campo de radiador están configurados de tal modo que pueden irradiar intensidades de radiación diferentes entre sí para el calentamiento del primer plano de proceso. El primer plano de proceso puede por lo tanto calentarse por ambos lados por los cuales están dispuestos los campos de radiador, por ejemplo por su lado superior e inferior, con diferentes intensidades de radiación. En este sentido la intensidad de radiación del primer campo de radiador es por uno de los lados del primer plano de proceso, diferente de la intensidad de radiación del segundo campo de radiador por el otro lado del primer plano de proceso. De modo correspondiente, el segundo campo de radiador y el tercer campo de radiador están configurados de tal modo que pueden emitir intensidades de radiación diferentes entre sí para el calentamiento del segundo plano de proceso. El segundo plano de proceso puede por lo tanto calentarse por ambos lados por los cuales están dispuestos los campos de radiador, por ejemplo por su lado superior e inferior, con diferentes intensidades de radiación. En este sentido la intensidad de radiación del segundo campo de radiador es por uno de los lados del segundo plano de proceso, diferente de la intensidad de radiación del tercer campo de radiador por el otro lado del segundo plano de proceso.
Tal como ha podido comprobar la solicitante, la introducción de calor en un cuerpo de varias capas que se encuentra en una caja de proceso es por su lado superior e inferior por regla general, diferente. El motivo de ello es el acoplamiento térmico diferente entre cuerpo de varias capas y caja de proceso, por ejemplo debido a conducción de calor entre la caja de proceso y el lado inferior del cuerpo de varias capas debido al apoyo en la caja de proceso o debido a diferentes alturas de la atmósfera de gas en el lado superior e inferior del cuerpo de varias capas entre cuerpo de varias capas y tapa o base de la caja de proceso. Otro motivo puede ser el diferente calentamiento de tapa o base de la caja de proceso mediante los radiadores de calentamiento. Además de ello, la estructura de capas del sustrato puede tener un enlace térmico diferente del sustrato, a la caja de proceso y/o a los radiadores de calentamiento.
En general se desea una distribución de calor lo más homogénea posible dentro de un cuerpo de varias capas, por ejemplo para la transformación controlada de los materiales precursores dando lugar al absorbedor en un semiconductor de capa delgada. Los efectos mencionados conducen sin embargo a una falta de homogeneidad no deseada, en la distribución de calor en el cuerpo de varias capas. Mediante la presente invención puede lograrse de modo ventajoso a través de la diferente intensidad de radiación de los campos de radiador adyacentes a un mismo plano de proceso, una homogeneización de la distribución de calor en el cuerpo de varias capas contenido en este plano de proceso. La presente invención se ocupa de este modo en primer lugar de la problemática de una distribución de calor no homogénea en cuerpos de varias capas en varios planos de proceso, en cuanto que los dos campos de radiador del primer plano de proceso y los dos campos de radiador del segundo plano de proceso están configurados para aplicar radiación sobre el primer plano de proceso y/o el segundo plano de proceso respectivamente con una diferente intensidad de radiación, de modo que se logra una distribución de calor homogénea en los cuerpos de varias capas a procesar.
La cámara de enfriamiento comprende al menos el primer plano de proceso y el segundo plano de proceso, que está dispuesto por ejemplo por debajo del primer plano de proceso. La cámara de enfriamiento comprende además de ello un dispositivo de enfriamiento para enfriar los primeros planos de proceso y/o el segundo plano de proceso.
En una configuración ventajosa del dispositivo de acuerdo con la invención, el dispositivo de enfriamiento comprende al menos tres placas de enfriamiento. La cámara de enfriamiento comprende al menos una primera placa de enfriamiento para enfriar el primer cuerpo de varias capas. El primer plano de proceso está dispuesto por ejemplo por debajo de la primera placa de enfriamiento. Por debajo del primer plano de proceso hay dispuesta por ejemplo una segunda placa de enfriamiento para enfriar el primer y el segundo cuerpo de varias capas. Por debajo de la segunda placa de enfriamiento está dispuesto por ejemplo el segundo plano de proceso y por debajo del segundo plano de proceso una tercera placa de enfriamiento para enfriar el segundo cuerpo de varias capas. De este modo el primer plano de proceso se encuentra entre la primera placa de enfriamiento y la segunda placa de enfriamiento y el segundo plano de proceso entre la segunda placa de enfriamiento y la tercera placa de enfriamiento.
La velocidad de enfriamiento, así como la homogeneidad de la temperatura por el cuerpo de varias capas, se ve influida por la separación de la placa de enfriamiento del cuerpo de varias capas, por las propiedades de absorción de la superficie de placa de enfriamiento y por la temperatura de la placa de enfriamiento. La placa de enfriamiento del medio puede consistir por ejemplo en dos elementos, los cuales tienen separaciones de diferente tamaño del primer y del segundo cuerpo de varias capas y enfrían éstos con diferente intensidad. Las placas de enfriamiento presentan habitualmente un sistema de tubos en su interior y son atravesados por un medio portador térmico como aceite o agua. El medio portador térmico es enfriado fuera del dispositivo mediante un grupo de refrigeración. Las placas de enfriamiento comprenden por ejemplo acero fino o cobre.
Un dispositivo con dos planos de proceso dispuestos uno sobre el otro, es particularmente ventajoso, dado que la energía de radiación del segundo campo de radiador que se encuentra en medio, puede aprovecharse de manera particularmente efectiva. La radiación electromagnética, la cual es emitida por el segundo campo de radiador, calienta directamente el primer y el segundo cuerpo de varias capas en el primer y el segundo plano de proceso. En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención, los campos de radiador y los planos de proceso están dispuestos en paralelo entre sí. En otra configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención, las placas de enfriamiento y los planos de proceso están dispuestos en paralelo entre sí.
En configuraciones ventajosas del dispositivo de acuerdo con la invención, los campos de radiador, planos de proceso y placas de enfriamiento, están dispuestos vertical u horizontalmente. Una disposición vertical en el sentido de la invención significa que los campos de radiador, planos de proceso y placas de enfriamiento están dispuestos aproximadamente en paralelo con respecto a la superficie de base de la instalación. Para la cámara de calentamiento una disposición vertical significa: el primer plano de proceso está dispuesto por debajo del primer campo de radiador y el segundo campo de radiador está dispuesto por debajo del primer plano de proceso. Además de ello, al menos un segundo plano de proceso está dispuesto por debajo del segundo campo de radiador y al menos un tercer campo de radiador está dispuesto por debajo del segundo plano de proceso. En la cámara de enfriamiento las placas de enfriamiento y los planos de proceso están dispuestos correspondientemente unos bajo los otros. Mediante la disposición vertical el dispositivo de acuerdo con la invención ocupa casi la misma superficie de base de instalación que un dispositivo según el estado de la técnica. Con el dispositivo de acuerdo con la invención pueden tratarse térmicamente al mismo tiempo al menos el doble de cuerpos de varias capas que con un dispositivo según el estado de la técnica. En una disposición horizontal, los campos de radiador, planos de proceso y placas de enfriamiento están dispuestos aproximadamente de forma ortogonal con respecto a la superficie de base de la instalación.
En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención hay dispuestos en la cámara de calentamiento y/o en la cámara de enfriamiento al menos dos cuerpos de varias capas, preferentemente tres cuerpos de varias capas en al menos un plano de proceso en dirección de transporte, unos junto a los otros. Los cuerpos de varias capas dispuestos unos junto a los otros se transportan preferentemente en el mismo ciclo a través de la cámara de calentamiento y enfriamiento y a este respecto se procesan.
En el dispositivo de acuerdo con la invención hay dispuesto preferentemente un cuerpo de varias capas, preferentemente dos cuerpos de varias capas, en una caja de proceso. La caja de proceso sirve para la delimitación del espacio de proceso. De acuerdo con la invención, el primer plano de proceso presenta una primera caja de proceso para al menos un primer cuerpo de varias capas y el segundo plano de proceso una segunda caja de proceso para al menos un segundo cuerpo de varias capas.
La caja de proceso puede estar configurada como caja con base, tapa y paredes laterales. La base, la tapa y las paredes laterales pueden contener metal, vidrio, cerámica, vitrocerámica o grafito. La base, la tapa y las paredes laterales pueden ser transparentes, parcialmente transparentes u opacas, en particular para la radiación electromagnética de los campos de radiador. La base, la tapa y las paredes laterales pueden absorber la radiación electromagnética de los campos de radiador y calentarse ellas mismas. Las bases, tapas o paredes laterales calentadas pueden servir entonces como fuente de calor secundaria para calentar los cuerpos de varias capas. Las cajas de proceso pueden estar configuradas hasta cierto punto estancas a los gases, o abiertas. Las cajas de proceso pueden presentar preferentemente conexiones de gas propias y proveerse durante determinados pasos de proceso de una determinada atmósfera de gas. La atmósfera de gas puede contener por ejemplo gases reactivos como H2S, H2Se, vapor de S, vapor de Se o H2, así como gases inertes como N2, He o Ar.
Las cajas de proceso pueden estar configuradas con al menos una tapa y/o una base de un material que absorba la radiación electromagnética del campo de radiador, por ejemplo de grafito. Mediante el calentamiento de base y tapa resulta una fuente de calor secundaria, lo cual puede conducir a una homogeneización de la distribución de calor. Hasta cierto punto estanco a los gases significa en el sentido de la invención que la caja de proceso es estanca a los gases hasta una diferencia de presión máxima definida entre el espacio interior de la caja de proceso y la cámara de proceso. Al superarse una diferencia de presión máxima definida se produce una compensación de presión entre el espacio interior de la caja de proceso y la cámara de proceso. En una configuración adecuada para ello, se dispone la tapa de manera suelta sobre el marco de la caja de proceso. En dependencia de la estanqueidad de la caja de
proceso puede mantenerse en el caso de cajas de proceso hasta cierto punto estancas a los gases una diferencia de presión entre espacio interior de la caja de proceso y la cámara de proceso. El intercambio libre de gas de proceso se mantiene limitado y se forma un gradiente de presión parcial del gas de proceso.
En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención se carga una caja de proceso con respectivamente dos cuerpos de varias capas. Los cuerpos de varias capas para la fabricación de capas semiconductoras para células solares de capa delgada consisten habitualmente en un sustrato de vidrio y en una sucesión de capas precursoras. Para el procesamiento de dos cuerpos de varias capas en una caja de procesamiento pueden disponerse ambos sustratos de vidrio de tal manera uno junto al otro, que ambas capas precursoras están orientadas hacia el exterior. Alternativamente ambas capas precursoras pueden estar dirigidas una hacia la otra. En el caso de estar dirigidas una hacia a la otra, se separan preferentemente las dos capas precursoras una de la otra mediante un medio de separación. A través del espacio resultante puede suministrarse a las capas precursoras un gas de proceso.
En el dispositivo de acuerdo con la invención los cuerpos de varias capas o las cajas de proceso cargadas con cuerpos de varias capas se transportan mediante un mecanismo de transporte por el dispositivo. El mecanismo de transporte puede comprender por ejemplo una cinta de transporte, cadenas de transporte o un carro. El mecanismo de transporte puede comprender preferentemente rodillos, los cuales son accionados de manera sincronizada de manera particularmente preferente a través de correas trapezoidales o accionamientos de cadena, preferentemente con una unidad de accionamiento que se encuentra fuera de la cámara de proceso. El mecanismo de transporte comprende preferentemente rodillos de cuarzo continuos o rodillos de muñón, que están dispuestos por debajo de los cuerpos de varias capas o de las cajas de proceso. Los rodillos de muñón pueden estar dispuestos dentro o fuera del campo de radiación de los campos de radiador y se calientan en correspondencia con ello en mayor o menor medida. Los rodillos de muñón comprenden preferentemente cerámicas resistentes a altas temperaturas, como Si3N4 y BN o cerámicas de óxido como ZrO2.
En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención hay dispuestas en la cámara de calentamiento y/o cámara de enfriamiento al menos dos cajas de proceso, preferentemente tres cajas de proceso sobre al menos un plano de proceso en dirección de transporte, unas junto a las otras. Las cajas de proceso dispuestas unas junto a las otras se transportan preferentemente en el mismo ciclo a través de la cámara de calentamiento y enfriamiento y a este respecto se procesan.
En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención la cámara de enfriamiento presenta un enfriamiento por convección o un enfriamiento forzado. En el caso del enfriamiento forzado circula preferentemente un flujo de gas, de manera particularmente preferente un flujo de gas de un gas inerte, por la cámara de enfriamiento. El flujo de gas se enfría en las placas de enfriamiento o en cuerpos de enfriamiento adecuados. A continuación se enfrían los cuerpos de varias capas calentados o las cajas de proceso mediante el flujo de gas. El gas se mueve preferentemente mediante un ventilador o un soplador. En el caso del enfriamiento por convección resulta un flujo de gas circulante debido al ascenso de aire calentado y el descenso de aire frio.
En otra configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención, la cámara de calentamiento presenta dos reflectores. El primer reflector está dispuesto por el lado alejado del primer plano de proceso, del primer campo de radiador. El segundo reflector está dispuesto por el lado alejado del segundo plano de proceso, del tercer campo de radiador. Los reflectores comprenden preferentemente un cuerpo de base con o sin revestimiento, presentando el reflector una alta reflectividad en el intervalo de longitud de onda de la radiación electromagnética de los campos de radiador y/o en el intervalo de longitud de onda de la radiación electromagnética, que parte del cuerpo de varias capas calentado o de la caja de proceso. El cuerpo de base comprende por ejemplo una cerámica, vidrio de cuarzo, metal o materiales similares adecuados para altas temperaturas de proceso. El revestimiento de los reflectores comprende preferentemente metales como oro, plata, molibdeno, aluminio, compuestos cerámicos como Al (MgF2), Al (SiO), MgF2, SiO2, AbO3 o nanopartículas de cuarzo.
Sin reflectores, la radiación electromagnética, la cual es emitida por los campos de radiador exteriores en las direcciones alejadas de los planos de proceso, incide sobre las paredes exteriores de la instalación. Esta radiación contribuye solo en una mínima parte al calentamiento de los cuerpos de varias capas. Los reflectores reflejan de vuelta a la instalación una gran parte de esta radiación y con ello a los cuerpos de varias capas. La eficiencia de los campos de radiador se aumenta mediante los reflectores y se reduce la demanda de energía.
En una configuración ventajosa del dispositivo de acuerdo con la invención, la cámara de calentamiento y/o la cámara de enfriamiento presentan una instalación para la generación de un vacío y/o de una atmósfera de gas. La atmósfera de gas contiene preferentemente un gas de proceso o un gas inerte. Mediante evacuación e inundación repetida de las cámaras de proceso con gases puros puede producirse una atmósfera de gas definida. La cámara de calentamiento y la cámara de enfriamiento están preferentemente cerradas mediante compuertas o correderas, hacia el exterior, y separadas una de la otra, de manera particularmente preferente mediante compuertas estancas al vacío y/o estancas a los gases.
Una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención presenta varias cámaras de calentamiento y/o varias cámaras de enfriamiento, las cuales son atravesadas sucesivamente por los cuerpos de varias capas. Una
configuración particularmente preferente del dispositivo de acuerdo con la invención presenta de dos a seis cámaras de calentamiento y de dos a seis cámaras de enfriamiento. Las diferentes cámaras de calentamiento y cámaras de enfriamiento pueden presentar diferentes temperaturas y diferentes rendimientos de calentamiento o de enfriamiento. Varias cámaras de enfriamiento individuales pueden estar realizadas también parcialmente o por completo en un recorrido de enfriamiento, cuya longitud se encuentra por encima de la longitud de cámaras de enfriamiento individuales.
En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención, los campos de radiador comprenden radiadores lineales conocidos en sí, en particular radiadores infrarrojos en forma de barras de funcionamiento eléctrico y/o una matriz de fuentes de radiación por puntos conocida en sí. Los radiadores lineales se encuentran preferentemente en paralelo, unos junto a los otros. Los radiadores lineales y las fuentes de radiación por puntos se adecuan para emitir una radiación electromagnética superficial casi uniforme en la zona de radiación térmica.
En una configuración del dispositivo de acuerdo con la invención cada campo de radiador emite una radiación electromagnética de igual intensidad hacia ambos lados. En una configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención los campos de radiador presentan características de radiación dependientes de la dirección, en particular en dirección de los planos de proceso. Para ello se usan por ejemplo radiadores lineales, los cuales presentan un revestimiento reflectante de un lado, por ejemplo de cerámica, metal o vidrio de cuarzo opaco nanoporoso, tal como se conoce del documento DE 102005058819 A1. Mediante esta medida puede modificarse de forma precisa de modo sencillo la intensidad de radiación de los campos de radiador en lo que se refiere a una homogeneización de la distribución de calor en los cuerpos de varias capas. En particular los radiadores de calor del segundo campo de radiador pueden disponer respectivamente de un reflector de un lado, de modo que están configurados para la radiación del primer plano de proceso o del segundo plano de proceso. Los radiadores de calor para la radiación del primer o del segundo plano de proceso están dispuestos por ejemplo en una sucesión alterna.
Mediante campos de radiador con característica de radiación dependiente de la dirección pueden calentarse en particular diferentes lados de un cuerpo de varias capas con diferentes introducciones de calor. Lo mismo tiene validez para campos de radiador con diferente potencia de radiación, lo cual puede lograrse por ejemplo mediante una diferente cantidad de radiadores de calor en los campos de radiador. Es concebible igualmente solicitar los radiadores de calor de diferentes campos de radiador o de un mismo campo de radiador con una potencia eléctrica diferente, para alcanzar una diferente intensidad de radiación de los radiadores de calentamiento de un mismo campo de radiador o de la intensidad de radiación de diferentes campos de radiador para una homogeneización de la distribución de calor en los cuerpos de varias capas.
En otra configuración preferente del dispositivo de acuerdo con la invención, el campo de radiador, que se encuentra entre dos planos de proceso, comprende dos, por ejemplo, planos dispuestos entre sí, de radiadores lineales o fuentes de radiación por puntos. Entre ambos planos hay dispuesto preferentemente un reflector adicional. Ambos planos pueden calentarse por separado entre sí. Diferentes planos de proceso pueden calentarse de este modo a diferentes temperaturas.
En otra forma de realización preferente el cuerpo de varias capas a procesar comprende un sustrato de vidrio con un grosor de 1 mm a 4 mm, preferentemente de 2 mm a 3 mm. Por un lado de sustrato hay aplicada una sucesión de capas a partir de varias capas delgadas, por ejemplo capas con la sucesión nitruro de silicio/molibdeno/cobre-indiogalio/selenio. Las capas de nitruro de silicio tienen grosores de por ejemplo 50 nm a 300 nm, las capas de molibdeno de por ejemplo 200 nm a 700 nm, las capas de cobre-indio-galio de por ejemplo 300 nm a 1000 nm y las capas de selenio de por ejemplo 500 nm a 2000 nm.
El objetivo de la invención se soluciona además de ello mediante un procedimiento para el tratamiento térmico continuo de al menos dos cuerpos de varias capas en al menos dos planos de proceso, introduciéndose en un primer paso un primer cuerpo de varias capas en un primer plano de proceso y un segundo cuerpo de varias capas en un segundo plano de proceso en al menos una cámara de calentamiento y calentándose con velocidades de calentamiento de 0 °C a 50 °C/s a un nivel de temperatura de 350 °C a 800 °C, preferentemente de 450 °C a 550 °C, mediante campos de radiador, los cuales están dispuestos por ejemplo por encima y/o por debajo de los planos de proceso. De este modo el primer plano de proceso se encuentra entre el primer campo de radiador y el segundo campo de radiador y el segundo plano de proceso entre el segundo campo de radiador y un tercer campo de radiador. Ventajosamente el primer y/o segundo plano de proceso se irradia respectivamente con una diferente intensidad de radiación, de tal modo que se logra una distribución de calor homogénea en los cuerpos de varias capas. En correspondencia con ello se irradia el primer plano de proceso a través del primer campo de radiador con una intensidad de radiación diferente que mediante el segundo campo de radiador y/o el segundo plano de proceso se irradia mediante el segundo campo de radiador con una intensidad de radiación diferente que mediante el tercer campo de radiador. De acuerdo con la invención el primer plano de proceso presenta una primera caja de proceso para al menos un primer cuerpo de varias capas y el segundo plano de proceso una segunda caja de proceso para al menos un segundo cuerpo de varias capas.
En un segundo paso se llevan el primer cuerpo de varias capas y el segundo cuerpo de varias capas a una cámara de enfriamiento y se enfrían con velocidades de enfriamiento de 0 °C a 50 °C/s a una temperatura de 10 °C a 350 °C, preferentemente a una temperatura de 10 °C a 250 °C y de manera particularmente preferente a una temperatura de
15 °C a 50 °C, mediante placas de enfriamiento, las cuales están dispuestas por encima y/o por debajo de los planos de proceso. Alternativamente el enfriamiento puede producirse mediante enfriamiento por convección y/o forzado. A continuación se hacen salir los cuerpos de varias capas de la cámara de enfriamiento.
El procedimiento de acuerdo con la invención es llevado a cabo en el dispositivo mencionado arriba para el tratamiento térmico de al menos dos cuerpos de varias capas.
En una forma de realización preferente del procedimiento de acuerdo con la invención los dos planos de proceso presentan la misma temperatura. En una forma de realización alternativa del procedimiento de acuerdo con la invención los dos planos de proceso presentan diferentes temperaturas, por ejemplo en cuanto que se usan campos de radiador con una característica de radiación dependiente de la radiación.
En una forma de realización ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención el tratamiento térmico de los cuerpos de varias capas se produce en al menos otra cámara de calentamiento y/o al menos otra cámara de enfriamiento, de manera particularmente preferente en de una a cinco cámaras de calentamiento adicionales y/o en de una a cinco cámaras de enfriamiento adicionales. Esto posibilita un control preciso de los procesos en los cuerpos de varias capas. En cada una de las cámaras de calentamiento o enfriamiento se produce en particular un procesamiento parcial del cuerpo de varias capas hasta llegar a una determinada fase de proceso. El cuerpo de varias capas no está entonces aún completamente procesado al pasar de una cámara a la siguiente.
Un uso preferente del dispositivo de acuerdo con la invención es la transformación de capas precursoras en una capa semiconductora. La capa semiconductora se usa preferentemente como absorbedor en una célula solar de capa delgada.
Las capas precursoras consisten preferentemente en cobre, indio, galio y selenio y se transforman en una atmósfera con contenido de azufre mediante procesamiento térmico rápido (RTP) en una capa semiconductora de Cu(In,Ga) (S,Se)2.
A continuación se explica la invención con mayor detalle mediante figuras y un diagrama de flujo. Las figuras muestran representaciones meramente esquemáticas y no son a escala. Las figuras no limitan la invención de ningún modo.
Muestran:
La figura 1 una sección transversal a través del dispositivo de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico de dos cuerpos de varias capas en dos planos de proceso dispuestos uno bajo el otro, La figura 2 una sección transversal a través de la cámara de calentamiento del dispositivo de acuerdo con la invención,
La figura 3 una sección transversal a través de otra configuración de la cámara de calentamiento según la invención,
La figura 4 una sección transversal a través de otra configuración de la cámara de calentamiento según la invención,
La figura 5 una sección transversal a través de otra configuración de la cámara de calentamiento según la invención,
La figura 6 una sección transversal a través de otro dispositivo según la invención con dos cámaras de calentamiento y dos cámaras de enfriamiento,
La figura 7 un ejemplo de realización de los pasos de procedimiento según la invención mediante un diagrama de flujo.
La figura 1 muestra un dispositivo de acuerdo con la invención para el tratamiento térmico de cuerpos de varias capas mediante el ejemplo de una instalación en línea (1) para la selenización de capas precursoras mediante procesamiento térmico rápido (RTP). La instalación en línea (1) presenta una cámara de calentamiento (HK1) y una cámara de enfriamiento (KK1), las cuales están dispuestas una tras la otra en dirección de transporte (11). La instalación en línea (1) presenta dos planos de proceso (3.1) y (3.2), los cuales están dispuestos verticalmente uno sobre el otro. De acuerdo con la invención también está prevista una estructura horizontal. En la cámara de calentamiento (HK1) hay dispuesto sobre el plano de proceso superior (3.1) un campo de radiador (2.1) y por debajo del plano de proceso inferior (3.2) un campo de radiador (2.3). Además de ello hay dispuesto un campo de radiador (2.2) entre los planos de proceso (3.1) y (3.2).
En la cámara de enfriamiento (KK1) hay dispuesta sobre el plano de proceso superior (3.1) una placa de enfriamiento (7.1) y por debajo del plano de proceso inferior (3.2) una placa de enfriamiento (7.3). Además de ello hay dispuesta una placa de enfriamiento (7.2) entre los planos de proceso (3.1) y (3.2). Las placas de enfriamiento (7.1, 7.2, 7.3) comprenden por ejemplo acero fino y presentan en su interior un sistema de distribución para el medio
portador térmico. El sistema de distribución es atravesado por ejemplo por aceite o agua como medio portador térmico. El medio portador térmico se enfría fuera de la instalación en línea (1) en un grupo de refrigeración.
La cámara de calentamiento (HK1) y la cámara de enfriamiento (KK1) están configuradas estancas al vacío y a los gases y unidas con bombas de vacío y un dispositivo para el suministro de gas. La cámara de calentamiento (HK1) y la cámara de enfriamiento (KK1) están separadas entre sí por una compuerta (8).
Los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se encuentran sobre los planos de proceso (3.1) y (3.2). Los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) comprenden por ejemplo un sustrato de vidrio con un electrodo de molibdeno y una sucesión apilada de capas precursoras, las cuales contienen cobre, indio, galio, azufre y selenio.
La figura 2 muestra una representación esquemática de una configuración a modo de ejemplo de la cámara de calentamiento (HK1) de un dispositivo de acuerdo con la invención. Los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) están dispuestos respectivamente en cajas de proceso (5.1) y (5.2). Las cajas de proceso (5.1, 5.2) comprenden una base y una tapa de vitrocerámica y paredes laterales de grafito. La vitrocerámica permite el paso de la radiación electromagnética de los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3). Las cajas de proceso (5.1, 5.2) están configuradas en parte estancas a los gases, de modo que puede producirse una compensación de presión entre el interior de las cajas de proceso (5.1, 5.2) y la atmósfera de la cámara de calentamiento (HK1). En parte estancas a los gases significa que la tapa se dispone de forma suelta sobre las paredes laterales y no se han llevado a cabo medidas adicionales para el sellado. Las cajas de proceso (5.1, 5.2) pueden presentar también empujadores de conexión. A través de los empujadores de conexión puede suministrarse a las cajas de proceso (5.1, 5.2) de manera precisa un gas de proceso o inerte.
El transporte de las cajas de proceso (5.1, 5.2) se produce a través de un sistema a partir de rodillos de muñón. Los rodillos de muñón soportan las cajas de proceso (5.1, 5.2) bajo su borde exterior de lado longitudinal. Los rodillos de muñón comprenden por ejemplo una cerámica resistente a las altas temperaturas. La velocidad de transporte entre dos cámaras adyacentes es típicamente de hasta 1 m/s.
Por encima del primer campo de radiador (2.1) y por debajo del tercer campo de radiador (2.3) están dispuestos un primer reflector (6.1) y un segundo reflector (6.2). El primer reflector (6.1) refleja la radiación electromagnética dirigida hacia arriba del primer campo de radiador (2.1) en dirección del primer plano de proceso (3.1). El segundo reflector (6.2) refleja la radiación electromagnética dirigida hacia abajo del tercer campo de radiador (2.3) en dirección del segundo plano de proceso (3.2).
La figura 3 muestra una configuración adicional de una cámara de calentamiento (HK1) de acuerdo con la invención. El segundo campo de radiador (2.2) consiste en dos planos (9.1) y (9.2) de radiadores lineales (9), los cuales están separados entre sí por un reflector (6.3). Mediante una diferente cantidad de radiadores lineales (9) en el plano (9.1) en comparación con el plano (9.2), mediante una diferente conmutación de los radiadores lineales (9) en los planos (9.1) y (9.2) y/o mediante una diferente regulación de potencia dependiente del tiempo, en los planos (9.1) y (9.2) se logra una característica de radiación dependiente de la dirección, del segundo campo de radiador (2.2).
La figura 4 muestra otra configuración preferente de una cámara de calentamiento (HK1) de acuerdo con la invención. Los radiadores lineales (9) del segundo campo de radiador (2.2) están revestidos de forma alterna por su lado superior y su lado inferior de una capa reflectora (10). La capa reflectora (10) puede contener una capa de cuarzo opaca nanoporosa, la cual está aplicada directamente sobre los radiadores lineales (9). La capa reflectora (10) puede comprender alternativamente un medio casquillo de cerámica. Los radiadores lineales (9) con una capa reflectora (10) sobre el lado superior y los radiadores lineales (9) con una capa reflectora (10) sobre el lado inferior pueden calentarse a diferentes temperaturas.
Mediante diferentes potencias de radiación y características de radiación dependientes de la dirección de los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3) pueden calentarse diferentes lados de un cuerpo de varias capas (4.1, 4.2) a diferentes temperaturas. De este modo puede calentarse por ejemplo un lado de sustrato de un cuerpo de varias capas (4.1,4.2) a una temperatura más baja que un lado con capas precursoras, que han de transformarse en una capa semiconductora.
La figura 5 muestra otra configuración preferente de una cámara de calentamiento (HK1) de acuerdo con la invención. Los radiadores lineales (9) del primer campo de radiador (2.1) están revestidos por el lado superior y los radiadores lineales (9) del tercer campo de radiador (2.3) por el lado inferior, de una capa reflectora (10). Mediante la característica de radiación dependiente de la dirección del primer campo de radiador (2.1) y del tercer campo de radiador (2.3) puede renunciarse a reflectores adicionales. El uso de reflectores adicionales sobre el primer campo de radiador (2.1) y por debajo del campo de radiador (2.3) puede aumentar la eficiencia de la característica de radiación dependiente de la dirección.
La figura 6 muestra otra configuración ventajosa de un dispositivo de acuerdo con la invención con dos cámaras de calentamiento (HK1) y (HK2) y dos cámaras de enfriamiento (KK1) y (KK2). Los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) atraviesan en dirección de transporte (11) las cámaras de calentamiento (HK1) y (HK2) y las cámaras de enfriamiento (KK1) y (KK2). Las cámaras de calentamiento (HK1) y (HK2) y las cámaras de enfriamiento (KK1) y (KK2) pueden presentar diferentes potencias de calentamiento y de enfriamiento, así como diferentes perfiles de
temperatura. Esto permite un control de proceso particularmente exacto. De este modo la primera cámara de calentamiento (HK1) puede presentar por ejemplo una potencia de calentamiento más alta que la segunda cámara de calentamiento (HK2). En las cámaras de calentamiento (HK1) y (HK2), así como en las cámaras de enfriamiento (KK1) y (KK2) se exponen los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) a un desarrollo de temperatura deseado y a una atmósfera de gas de proceso deseada. Diferentes cámaras de calentamiento y de enfriamiento pueden presentar diferentes atmósferas de proceso. En otra configuración del dispositivo de acuerdo con la invención, pueden disponerse más cámaras de calentamiento y de enfriamiento unas tras otras. Cuando lo requiere el desarrollo de proceso, las cámaras de calentamiento y de enfriamiento pueden disponerse de manera alterna, esto quiere decir, que a una cámara de enfriamiento puede suceder por ejemplo por su parte, una cámara de calentamiento.
En los ejemplos de realización el primer campo de radiador (2.1) y el segundo campo de radiador (2.2) están configurados de tal modo que el lado superior del cuerpo de varias capas (4.1) superior puede ser calentado por el primer campo de radiador (2.1) con una intensidad de radiación, la cual es diferente de una intensidad de radiación, con la cual puede calentarse el lado inferior del cuerpo de varias capas (4.1) superior mediante el segundo campo de radiador (2.2). De modo correspondiente, el segundo campo de radiador (2.2) y el tercer campo de radiador (2.3) están configurados de tal modo que el lado superior del cuerpo de varias capas (4.2) inferior puede ser calentado mediante el segundo campo de radiador (2.2) con una intensidad de radiación, la cual es diferente de una intensidad de radiación, con la cual puede calentarse el lado inferior del cuerpo de varias capas (4.2) inferior mediante el tercer campo de radiador (2.3). De este modo puede lograrse una distribución de calor homogénea en cada uno de los dos cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2).
La figura 7 muestra un ejemplo de realización de los pasos de procedimiento de acuerdo con la invención mediante un diagrama de flujo. En primer lugar se coloca en una estación de carga el cuerpo de varias capas (4.1) en una caja de proceso (5.1) y el cuerpo de varias capas (4.2) en una caja de proceso (5.2). A continuación se cargan las cajas de proceso (5.1) y (5.2) en una cámara de introducción y se cierra la cámara de introducción. En la cámara de introducción se ajusta mediante evacuación e inundación repetida con gas inerte, una atmósfera de gas de proceso definida y deseada. A continuación se lleva en el paso de procedimiento (a) la caja de proceso (5.1) con el cuerpo de varias capas (4.1) al plano de proceso (3.1) y la caja de proceso (5.2) con el cuerpo de varias capas (4.2) al plano de proceso (3.2).
En las cámaras de calentamiento (HK1) y (HK2) se desarrolla el perfil de calentamiento deseado (temperatura y atmósfera de gas de proceso en dependencia del tiempo de proceso): en la cámara de calentamiento (HK1) se calienta el primer cuerpo de varias capas (4.1) en un primer plano de proceso (3.1) y el segundo cuerpo de varias capas (4.2) en un segundo plano de proceso (3.2) con los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3), los cuales están dispuestos por encima y/o por debajo de los planos de proceso (3.1, 3.2). Los dos cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se calientan preferentemente con una velocidad de calentamiento de 1 °C/s a 50 °C/s a una temperatura de 350 °C a 800 °C mediante los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3). Los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se calientan respectivamente por su lado superior e inferior con una intensidad de radiación diferente, para lograr una distribución de calor homogénea en cada cuerpo de varias capas. A continuación se llevan en el paso de proceso (b) los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) a una cámara de enfriamiento (KK1). Al mismo tiempo pueden introducirse nuevos cuerpos de varias capas en la cámara de calentamiento (HK1). En las cámaras de enfriamiento (KK1) y (KK2) se enfrían los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) calientes con hasta 50 °C/s hasta una temperatura necesaria desde el punto de vista técnico de proceso. Los dos cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se enfrían preferentemente con una velocidad de enfriamiento de 0 °C/s a 50 °C/s a una temperatura de 10 °C a 350 °C. Debido a la diferencia de temperatura en reducción entre la temperatura de los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) y la temperatura de las placas de enfriamiento (7.1,7.2, 7.3) se ralentiza la velocidad del enfriamiento de los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2). Puede hacerse frente a ello mediante medidas adecuadas, como la reducción de la separación entre las placas de enfriamiento y los cuerpos de varias capas, por ejemplo mediante desplazamiento de la separación como función del tiempo, o la adaptación de la temperatura de las placas de enfriamiento. El proceso de enfriamiento puede acelerarse adicionalmente mediante un flujo de gas enfriado circulante, por ejemplo un flujo de aire, de argón o de nitrógeno. Alternativamente puede realizarse un enfriamiento mediante enfriamiento por convección o forzado sin placas de enfriamiento.
A continuación se llevan los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) desde la cámara de enfriamiento (KK1) a una cámara de salida y se suministran a un procesamiento adicional. En la cámara de salida pueden eliminarse por ejemplo gases tóxicos presentes. Es posible también, disponer tras la cámara de salida un recorrido de enfriamiento adicional o cámaras de enfriamiento adicionales. Puede renunciarse a la cámara de salida en determinadas formas de realización.
Tal como se desprende de la tabla 1 con el ejemplo de una instalación en línea de selenización para la fabricación de semiconductores de calcopirita, el dispositivo de acuerdo con la invención ofrece ventajas en comparación con el estado de la técnica.
Tabla 1: estimación de potencial de la invención
Un dispositivo de acuerdo con la invención con dos planos de proceso dispuestos verticalmente ofrece en caso de aproximadamente igual superficie de colocación de la instalación y costes de inversión solo ligeramente más altos, una producción de instalación doble en comparación con instalaciones en línea de selenización según el estado de la técnica con un plano de proceso. A pesar de la producción de instalación duplicada, la demanda de superficie necesaria para la instalación no es mayor o lo es solo insignificantemente, lo cual tiene efectos positivos en la inversión general y en los costes de funcionamiento de una fábrica solar.
Los costes de energía por cuerpo de varias capas están reducidos en el caso del dispositivo de acuerdo con la invención a razón de aproximadamente un 30 %. Esto ocurre en particular debido al aprovechamiento efectivo de la energía térmica emitida del segundo campo de radiador.
Este resultado fue inesperado y sorprendente para el experto en la materia.
Lista de referencias
(1) Instalación en línea
(2.1), (2.3) Campo de radiador
(3.1), (3.2) Plano de proceso
(4.1), (4.2) Cuerpo de varias capas
(5.1), (5.2) Caja de proceso
Reflector
(8) Compuerta
(9) Radiador de calentamiento, radiador lineal
(9.1), (9.2) Plano de radiadores de calentamiento (9)
(10) Capa reflectora para radiador de calentamiento (9)
(11) Dirección de transporte
Claims (15)
1. Dispositivo para tratar térmicamente al menos dos cuerpos de varias capas (4.1, 4.2) en al menos dos planos de proceso (3.1, 3.2) dispuestos uno bajo el otro en al menos una cámara de calentamiento (HK1) y al menos una cámara de enfriamiento (KK1), que en lo que se refiere a la dirección de transporte (11) están dispuestas una tras la otra, comprendiendo la cámara de calentamiento (HK1)
- un primer plano de proceso (3.1) con una primera caja de proceso (5.1) para al menos un primer cuerpo de varias capas (4.1), que se encuentra entre un primer campo de radiador (2.1) y un segundo campo de radiador (2.2) con radiadores de calentamiento (9) para calentar el primer cuerpo de varias capas (4.1), - un segundo plano de proceso (3.2) con una segunda caja de proceso (5.2) para al menos un segundo cuerpo de varias capas (4.2), que se encuentra entre el segundo campo de radiador (2.2) y un tercer campo de radiador (2.3) con radiadores de calentamiento (9) para calentar el segundo cuerpo de varias capas (4.2), estando configurados el primer campo de radiador (2.1) y el segundo campo de radiador (2.2) de tal modo que el primer plano de proceso (3.1) puede ser irradiado por el primer campo de radiador (2.1) con una intensidad de radiación diferente que por el segundo campo de radiador (2.2) y/o estando configurados el segundo campo de radiador (2.2) y el tercer campo de radiador (2.3) de tal modo que el segundo plano de proceso (3.2) puede ser irradiado por el segundo campo de radiador (2.2) con una intensidad de radiación diferente que por el tercer campo de radiador (2.3), y donde
la cámara de enfriamiento (KK1) comprende
- un dispositivo de enfriamiento
- el primer plano de proceso (3.1) para enfriar el al menos un primer cuerpo de varias capas (4.1) y el segundo plano de proceso (3.2) para enfriar el al menos un segundo cuerpo de varias capas (4.2).
2. Dispositivo según la reivindicación 1, presentando los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3) una característica de radiación dependiente de la dirección, para radiación electromagnética y/o una potencia de radiación diferente.
3. Dispositivo según la reivindicación 2, presentando los radiadores de calentamiento (9) una capa reflectora (10).
4. Dispositivo según la reivindicación 3, presentando los radiadores de calentamiento (9) del segundo campo de radiador (2.2) dispuesto entre los dos planos de proceso (3.1, 3.2), una capa reflectora (10), y estando configurados para irradiar o bien el primer plano de proceso (3.1) o el segundo plano de proceso (3.2).
5. Dispositivo según la reivindicación 1, presentando el segundo campo de radiador (2.2) dispuesto entre los dos planos de proceso (3.1,3.2), dos planos de radiador de calentamiento (9.1,9.2) con radiadores de calentamiento (9), estando configurado uno de los planos de radiador de calentamiento (9.1) para irradiar el primer plano de proceso (3.1), y estando configurado el otro plano de radiador de calentamiento (9.2) para irradiar el segundo plano de proceso (3.2).
6. Dispositivo según la reivindicación 5, habiendo dispuesto entre los dos planos de radiador de calentamiento (9.1, 9.2) un reflector (6.3).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 6, pudiendo controlarse selectivamente los radiadores de calentamiento (9) para la generación de una intensidad de radiación cambiante.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, estando dispuestos los campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3) y los planos de proceso (3.1,3.2) en paralelo entre sí.
9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, comprendiendo el dispositivo de enfriamiento una primera placa de enfriamiento (7.1), una segunda placa de enfriamiento (7.2) y una tercera placa de enfriamiento (7.3) para enfriar los cuerpos de varias capas (4.1,4.2), encontrándose el primer plano de proceso (3.1) entre la primera placa de enfriamiento (7.1) y la segunda placa de enfriamiento (7.2) y el segundo plano de proceso (3.2) entre la segunda placa de enfriamiento (7.2) y la tercera placa de enfriamiento (7.3).
10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, presentando el dispositivo de enfriamiento un flujo de gas guiado.
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, habiendo dispuesta entre la cámara de calentamiento (HK1) y la cámara de enfriamiento (KK1) una compuerta (8) o una corredera.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, habiendo dispuestos en la cámara de calentamiento (HK1) y/o en la cámara de enfriamiento (KK1) al menos dos cuerpos de varias capas (4.1, 4.2) en un plano de proceso (3.1,3.2) uno junto al otro en dirección de transporte.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, comprendiendo la cámara de calentamiento (HK1) al menos un primer reflector (6.1) y al menos un segundo reflector (6.2), estando dispuesto el primer campo de radiador (2.1) entre el primer reflector (6.1) y el primer plano de proceso (3.1) y estando configurado el primer reflector (6.1) para reflejar radiación electromagnética del primer campo de radiador (2.1), y estando dispuesto el tercer campo de radiador (2.3) entre el segundo reflector (6.2) y el segundo plano de proceso (3.2) y estando configurado el segundo reflector (6.2) para reflejar radiación electromagnética del tercer campo de radiador (2.3).
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, presentando la cámara de calentamiento (HK1) y/o la cámara de enfriamiento (KK1) una instalación para la generación de un vacío y/o una atmósfera de gas, que contiene preferentemente un gas de proceso o un gas inerte.
15. Procedimiento para el tratamiento térmico continuo de al menos dos cuerpos de varias capas (4.1, 4.2) en al menos dos planos de proceso (3.1,3.2), donde:
a. los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se calientan en al menos una cámara de calentamiento (HK1) con una velocidad de calentamiento de 1 °C/s a 50 °C/s a una temperatura de 350 °C a 800 °C mediante campos de radiador (2.1, 2.2, 2.3), encontrándose un primer plano de proceso (3.1) con una primera caja de proceso (5.1) para al menos un primer cuerpo de varias capas (4.1) entre un primer campo de radiador (2.1) y un segundo campo de radiador (2.2) y un segundo plano de proceso (3.2) con una segunda caja de proceso (5.2) para al menos un segundo cuerpo de varias capas (4.2) entre el segundo campo de radiador (2.2) y un tercer campo de radiador (2.3), donde el primer plano de proceso (3.1) es irradiado por el primer campo de radiador (2.1) con una intensidad de radiación diferente que por el segundo campo de radiador (2.2) y/o donde el segundo plano de proceso (3.2) es irradiado por el segundo campo de radiador (2.2) con una intensidad de radiación diferente que por el tercer campo de radiador (2.3), y
b. los cuerpos de varias capas (4.1) y (4.2) se enfrían en al menos una cámara de enfriamiento (KK1) con una velocidad de enfriamiento de 0 °C/s a 50 °C/s a una temperatura de 10 °C a 350 °C.
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